载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶的制备及其性能研究

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载药水凝胶特有的三维结构、优异的保水溶胀等理化性能和药物的高效作用使其在生物医用领域有着广泛的应用。载药水凝胶在创伤愈合和肿瘤治疗上的应用一直是研究的热点。在创伤愈合中,载药水凝胶的高含水特性为伤口提供湿性愈合环境和物理屏障,三维孔状结构有助于细胞的吸附和生长,而所载药物可以在创伤愈合中产生一种或多种特定的作用,例如抵御病原微生物、抑制过度炎症反应、促进相关细胞因子分泌等。在肿瘤治疗中,水凝胶可以作为运输药物的载体将药物运送到肿瘤部位,再根据设定的速度和浓度控制药物释放,维持肿瘤部位的有效药物浓度,达到治疗目的。这种治疗方案可以降低药物口服的副作用,提高生物利用度,实现更好的治疗效果。天然和合成高分子聚合物都可以用于制备水凝胶。丝素蛋白和明胶是两种天然蛋白质聚合物,以它们为基质的水凝胶具有优异的生物相容性,已被用于创伤愈合和肿瘤治疗的研究。然而,单分子(明胶或丝素蛋白)交联凝胶很难完全满足生物材料的应用要求,存在高脆性、快速降解和在体温下稳定性差的缺点。用丝素蛋白和明胶来制备复合水凝胶,可以优势互补,避免单一水凝胶带来的这些问题。青蒿素是具有多种药理活性的倍半萜内酯化合物,在抗菌、抗炎症和抗肿瘤等方面都具有显著疗效。但青蒿素的水溶性较差,如何将青蒿素载入水凝胶,实现药物控释的效果,是需要解决的问题。本研究使用助溶剂溶解青蒿素制备得到高浓度青蒿素溶液,测试分析其生物学性能;高浓度青蒿素溶液与丝素蛋白、明胶混合,并通过京尼平的化学交联作用制备成载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶,对其理化性质和生物学性能进行测试评价。主要研究结果如下:1.青蒿素溶液制备及其生物学性能测试通过青蒿素/乙醇溶液与聚乙二醇4000水溶液物理共混后经自然挥发获得了青蒿素/聚乙二醇溶液,青蒿素的溶解度可达0.982±0.0889 mg/mL,是在纯水中的12倍。青蒿素溶液对细菌和真菌具有明显的抑制作用,对革兰氏阴性菌作用效果更好。青蒿素溶液对细胞的作用表现出剂量依赖性。实验表明0.031 mg/m L-0.063 mg/mL浓度的青蒿素对正常细胞无毒性;而对三种人肝癌细胞BEL-7404、SMMC7721、HepG2的IC50分别为0.0016 mg/m L、0.0084 mg/mL和0.0541 mg/mL,表明青蒿素对三种肝癌细胞具有很好的抑制作用。0.031 mg/mL的青蒿素溶液可以抑制脂多糖诱导小鼠巨噬细胞的NO产生,表现出抗炎性能。2.载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶制备及其性能评价制备的青蒿素溶液与丝素蛋白、明胶混合后在京尼平的交联作用下制备成载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶,优化了复合水凝胶的制备方案,并对理化性能和生物学性能进行了研究。载药复合水凝胶具有稳定的三维多孔结构,平均孔径为83.25μm,力学性能较好,压缩强度为0.44MPa,拉伸强度为1.42MPa。聚乙二醇助溶的青蒿素的加入使复合水凝胶热稳定性提高,但溶胀性能有所降低,为2.79g/g。青蒿素的释放呈现pH响应性,24h内释放情况与一级释放模型拟合良好,相关系数R2=0.9926(pH3.4)、0.9975(pH4.5)、0.9975(pH6.0)、0.9789(pH7.4),表现为水凝胶溶胀造成的药物扩散;24-120h内青蒿素的释放更符合零级动力学方程,相关系数R2=0.9505(pH3.4),0.9124(pH4.5),0.9587(pH6.0),0.9755(pH7.4),这与于复合水凝胶的溶蚀直接相关。载青蒿素复合水凝胶表现出很好的抗炎症性能,可应用到创伤愈合的研究。载药复合水凝胶通过持续释放的青蒿素,长时间抑制肝癌细胞HepG2和SMMC7721的生长,表明复合水凝胶在癌症治疗中治疗中具有应用潜力。3.载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶的创伤愈合试验通过建立SD大鼠的全层皮肤切除创伤模型,评价载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶在创伤愈合中的作用。在创伤愈合的过程中,水凝胶可吸收创口的渗液,为创伤的愈合提供更有利的环境,同时,载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶可缓释出青蒿素,减少炎症细胞浸润,缩短炎症时间,加速创伤恢复,在作用于创伤处18天时的创伤愈合程度(99.51%)明显大于对照组(丝素蛋白/明胶复合水凝胶组,98.39%)和空白对照组(96.03%)。此外,在载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶的作用下,创伤组织在恢复过程中胶原纤维排列有序,细胞、生长因子和表皮生成更快,后期形成完整的皮肤结构,包括表皮、角质层、毛囊等。所有测试结果表明,载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶能够加速创伤组织的恢复并促进新组织的形成。4.载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶的抑制肿瘤试验通过建立HepG2细胞balb/c-nude裸鼠成瘤模型,评价载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶在癌症治疗中的作用。载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶缓释的青蒿素可持续作用于肿瘤部位,抑制肿瘤细胞增殖,促使肿瘤细胞凋亡及肿瘤组织坏死。载药复合水凝胶处理15天后,肿瘤体积增长率为47.62%,远低于对照组(563.04%)和空白组(494.42%)。测试结果表明,载青蒿素丝素蛋白/明胶复合水凝胶具有抑制肿瘤生长的作用。总体上讲,本研究制备的丝素蛋白/明胶复合水凝胶具有稳定的内部结构,良好的综合性能,在创伤愈合和肿瘤治疗中具有有显著的作用,在生物医药领域具有很好的应用前景。
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